Machine Learning - Andrew Ng on Coursera (Week 1)

本文介绍了Coursera上Andrew Ng的机器学习课程第一周的主要内容,包括有监督学习与无监督学习的区别,线性回归的模型表示及成本函数,梯度下降算法原理,以及线性代数基础知识。

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今天分享了Coursera上Andrew Ng的Machine Learning第一周的课程,主要内容有如下,详细内容可以参考文末附件:

有监督式学习和无监督式学习

机器学习可以简单地理解为是从数据中学习一个映射函数,使得对于新的输入数据[Math Processing Error]预测其对应的[Math Processing Error]。机器学习的算法大致可以分为有监督学习(Supervised Learning)无监督学习(Unsupervised Learning)两种。两者的区别主要在于在学习的过程中训练集数据是否提供了因变量[Math Processing Error]的信息,如果提供了[Math Processing Error]的信息,那么该过程就是有监督学习,否则就是无监督学习。典型的有监督式学习如分类算法、回归算法,分别针对的是离散值和连续值的预测;无监督式学习如聚类算法等,在搜索引擎,生物基因等领域也有着广泛的应用。

婧文提出,如何对无监督学习的结果进行评价,这是一个很好的问题。通常是通过定义评价函数来对无监督学习算法的效果进行评价的,但在实际问题中,评价函数并不完全是数据的客观评价,而是结合问题求解目标的一种人为定义。半监督学习(Semi-Superviesed Learning)则是主要考虑如何利用少量的标注样本和大量的未标注样本进行训练和分类的问题。半监督学习对于减少标注代价,提高学习机器性能具有非常重大的实际意义。

在整个课程中主要还是以介绍有监督学习为主,但是从有监督学习的学习中也可以从中看出机器学习对问题的切入点,慢慢也可以体会到机器学习是怎样定义一个学习任务的然后又是怎样进行学习的。

线性回归的模型表示及成本函数

线性回归(Linear Regression)为例切入整个课程的学习,将机器学习的主干任务串联起来。可以将实际问题抽象为具体的数学模型,具体建模过程如下图所示:

machine learning procedures

课程中以对房子价格的预测为例,问题是:给定一批已知的房子大小和价格的对应关系数据,如何对一个给定大小的房子进行估值。模型大概可以分解为:

  1. 假设(Hypothesis):[Math Processing Error].
  2. 参数(Parameters):[Math Processing Error][Math Processing Error].
  3. 成本函数(Cost Functions):[Math Processing Error]
  4. 优化目标:[Math Processing Error]

以上也是对一个机器学习问题的一般建模思路。

梯度下降算法

当然,对于线性回归问题可以直接利用数值求得解析解,但这里引入了梯度下降法(Gradient Descent Algorithm)展示机器学习算法的一般过程。梯度下降法的框架很简单,随机选择一个起点,然后按照梯度相反方向迭代直到收敛,公式如下:

[Math Processing Error]

其中[Math Processing Error]是学习速率(Learning Rate),如果设置过小,算法迭代过程会相对很慢;而如果设置过大,算法可能无法达到最小值甚至无法收敛。课程中介绍了一种方法,即初始学习速率较大,随着向极值点靠近,学习速率也逐渐减小。

另外值得注意的是,在线性回归问题中,成本函数的3D图像是呈碗状的,即有全局最优。在其他问题的成本函数还可能存在除全局最优以外的极值点,也可称为局部最优。在这种情况下,算法可能会陷入局部最优的麻烦,这时可以采用随机选取其他的起始点再次利用梯度下降算法求解,比较两次结果取其中优者。

线性代数回顾

线性代数对于计算机科学来讲地位是非常重要的。Andrew和吴金闪老师都指出在计算矩阵乘法时,采用现有的矩阵运算包比自己用for循环写出来的效率要高。吴金闪老师还提到了Strassen算法,将大矩阵拆分成若干个小矩阵进行运算会降低求解的时间复杂度。同时,在诸如奇异值分解(Singular Value Decomposition)等算法中,线性代数有着广泛的应用。因此,本课程第一周的补充材料里面还对线性代数的一些基础概念进行了讲解,主要包括了:

  • 向量和矩阵
  • 矩阵加法和标量乘法
  • 矩阵和向量相乘
  • 矩阵和矩阵相乘
  • 矩阵的转置和逆

若有不当之处,请大家指正,谢谢!

附本次分享演示文档:ML-Coursera-Week1


### 回答1Coursera-ml-andrewng-notes-master.zip是一个包含Andrew Ng的机器学习课程笔记和代码的压缩包。这门课程是由斯坦福大学提供的计算机科学和人工智能实验室(CSAIL)的教授Andrew Ng教授开设的,旨在通过深入浅出的方式介绍机器学习的基础概念,包括监督学习、无监督学习、逻辑回归、神经网络等等。 这个压缩包中的笔记和代码可以帮助机器学习初学者更好地理解和应用所学的知识。笔记中包含了课程中涉及到的各种公式、算法和概念的详细解释,同时也包括了编程作业的指导和解答。而代码部分包含了课程中使用的MATLAB代码,以及Python代码的实现。 这个压缩包对机器学习爱好者和学生来说是一个非常有用的资源,能够让他们深入了解机器学习的基础,并掌握如何运用这些知识去解决实际问题。此外,这个压缩包还可以作为教师和讲师的教学资源,帮助他们更好地传授机器学习的知识和技能。 ### 回答2: coursera-ml-andrewng-notes-master.zip 是一个 Coursera Machine Learning 课程的笔记和教材的压缩包,由学生或者讲师编写。这个压缩包中包括了 Andrew Ng 教授在 Coursera 上发布的 Machine Learning 课程的全部讲义、练习题和答案等相关学习材料。 Machine Learning 课程是一个介绍机器学习的课程,它包括了许多重要的机器学习算法和理论,例如线性回归、神经网络、决策树、支持向量机等。这个课程的目标是让学生了解机器学习的方法,学习如何使用机器学习来解决实际问题,并最终构建自己的机器学习系统。 这个压缩包中包含的所有学习材料都是免费的,每个人都可以从 Coursera 的网站上免费获取。通过学习这个课程,你将学习到机器学习的基础知识和核心算法,掌握机器学习的实际应用技巧,以及学会如何处理不同种类的数据和问题。 总之,coursera-ml-andrewng-notes-master.zip 是一个非常有用的学习资源,它可以帮助人们更好地学习、理解和掌握机器学习的知识和技能。无论你是机器学习初学者还是资深的机器学习专家,它都将是一个重要的参考工具。 ### 回答3: coursera-ml-andrewng-notes-master.zip是一份具有高价值的文件,其中包含了Andrew NgCoursera上开授的机器学习课程的笔记。这份课程笔记可以帮助学习者更好地理解掌握机器学习技术和方法,提高在机器学习领域的实践能力。通过这份文件,学习者可以学习到机器学习的算法、原理和应用,其中包括线性回归、逻辑回归、神经网络、支持向量机、聚类、降维等多个内容。同时,这份笔记还提供了很多代码实现和模板,学习者可以通过这些实例来理解、运用和进一步深入研究机器学习技术。 总的来说,coursera-ml-andrewng-notes-master.zip对于想要深入学习和掌握机器学习技术和方法的学习者来说是一份不可多得的资料,对于企业中从事机器学习相关工作的从业人员来说也是进行技能提升或者知识更新的重要资料。因此,对于机器学习领域的学习者和从业人员来说,学习并掌握coursera-ml-andrewng-notes-master.zip所提供的知识和技能是非常有价值的。
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